液位控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計--基于jx-300xp的液位控制系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計說明書</b></p><p>　　課題名稱： 基于JX-300XP的液位控制系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　學(xué) 號

2、 </p><p>　　二級學(xué)院（系） 電氣電子工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 生產(chǎn)過程自動化 </p><p>　　班 級 工自1011 </p><p>　　指導(dǎo)

3、教師 </p><p>　　起訖時間：2013 年2月13日～2012年4月6日</p><p>　　基于JX-300XP的液位控制系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　液位是各種工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實驗中最普遍、也是最重要的

4、參數(shù)之一。液位控制的精度對產(chǎn)品或者實驗結(jié)果會產(chǎn)生重大的影響，液位控制的模式多樣，所以本文采用PID液位調(diào)節(jié)，一種比較優(yōu)越的控制方法。以DCS和調(diào)節(jié)閥為核心,設(shè)計出基于DCS的液位控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用及JX_300軟件，并介紹了調(diào)試中的關(guān)鍵步驟及經(jīng)驗。這種液位控制系統(tǒng)的優(yōu)點是能對系統(tǒng)運行后的液位平穩(wěn)，而且較為精確，實施也比較方便。</p><p>　　關(guān)鍵詞：DCS；功率調(diào)節(jié)模塊；液位； PID；穩(wěn)定</p&

5、gt;<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1 引言1</b></p><p>　　1.2 主要

6、機械結(jié)構(gòu)分析2</p><p>　　1.2.1 DCS控制系統(tǒng)簡介2</p><p>　　1.2.2 DCS的特點2</p><p>　　1.2.3 DCS和其他系統(tǒng)的比較3</p><p>　　1.2.4 JX-300 DCS系統(tǒng)介紹4</p><p>　　1.2.5 DCS控制系統(tǒng)的硬件配置4<

7、;/p><p>　　1.2.6 主控制卡——主控卡XP2436</p><p>　　1.2.7 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡——XP2338</p><p>　　1.2.8 電流信號輸入卡——XP3139</p><p>　　1.2.9 模擬量輸出卡——XP32212</p><p>　　1.3 控制站硬件14</p&g

8、t;<p>　　1.4 通信網(wǎng)絡(luò)15</p><p>　　第2章 結(jié)構(gòu)設(shè)計17</p><p><b>　　2.1 總述17</b></p><p>　　2.2 系統(tǒng)的主要特點17</p><p>　　2.3簡單、易用的組態(tài)手段和工具17</p><p>　　2.4 系

9、統(tǒng)組態(tài)18</p><p>　　2.4.1 組態(tài)基本操作21</p><p>　　2.4.2 命令菜單21</p><p>　　2.4.3 實時監(jiān)控22</p><p>　　2.4.4 流程圖制作22</p><p>　　第4章 結(jié)論27</p><p>　　參 考 文

10、獻28</p><p><b>　　致 謝29</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　液位是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化都與液位密切相關(guān)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐的

11、諸多領(lǐng)域中, 液位控制占有著極為重要的地位, 特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。對于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的液位控制，所采用的加熱方式，燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、機械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等。液位控制系統(tǒng)的工藝過程復(fù)雜多變，具有不確定性，因此對系統(tǒng)要求更為先進的控制技術(shù)和控制理論。且液位控制系統(tǒng)的出現(xiàn)迄今已有兩百余年的歷史。期間，從低級到高級，

12、從簡單到復(fù)雜，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和對液位控制精度的要求不斷提高，液位控制系統(tǒng)的控制技術(shù)得到迅速發(fā)展。本課題研究的就是集散型控制系統(tǒng)（DCS）。</p><p>　　DCS系統(tǒng)的關(guān)鍵是通信。也可以說數(shù)據(jù)公路是分散控制系統(tǒng)DCS的脊柱。由于它的任務(wù)是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網(wǎng)絡(luò)，因此，數(shù)據(jù)公路自身的設(shè)計就決定了總體的靈活性和安全性。數(shù)據(jù)公路的媒體可以是：一對絞線、同軸電纜或光纖電纜。　　通過數(shù)據(jù)公路的設(shè)計參數(shù)，基本

13、上可以了解一個特定DCS系統(tǒng)的相對優(yōu)點與弱點?！　?#160;（1）系統(tǒng)能處理多少I/O信息?！　?#160;（2）系統(tǒng)能處理多少與控制有關(guān)的控制回路的信息?！　?#160;（3）能適應(yīng)多少用戶和裝置（CRT、控制站等）?！　?#160;（4）傳輸數(shù)據(jù)的完整性是怎樣徹底檢查的。　　 （5）數(shù)據(jù)公路的最大允許長度是多少?！　?#160;（6）數(shù)據(jù)公路能支持多少支路?！　?#160;（7）數(shù)據(jù)公路是否能支持由其它制造

14、廠生產(chǎn)的硬件（可編程序控制器、計算機、數(shù)據(jù)記錄裝置等）。　　為保證通信的完整，大部分DCS廠家都能提供冗余數(shù)據(jù)公路?！　榱吮ＷC系統(tǒng)的安全性，使用了復(fù)雜的通信規(guī)約和檢錯技術(shù)。所謂通信規(guī)約就是一組規(guī)則，用以保證所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被接收，并且被理解得和發(fā)送的數(shù)據(jù)一樣?！　∧壳霸贒CS系統(tǒng)中一般使用兩類通信手段，即同步的和異步的，同步通信依靠一個時鐘信號來調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸和接收，異</p><p>　　1.2 主要機械

15、結(jié)構(gòu)分析</p><p>　　1.2.1 DCS控制系統(tǒng)簡介 </p><p>　　DCS是分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System)的簡稱，國內(nèi)一般習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù)，其

16、基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便</p><p>　　DCS的過程控制站是一個完整的計算機系統(tǒng)，主要由電源、CPU（中央處理器）、網(wǎng)絡(luò)接口和I/O組成</p><p>　　從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS包括過程級、操作級和管理級。過程級主要由過程控制站、I/O單元和現(xiàn)場儀表組成，是系統(tǒng)控制功能 的主要實施部分。操作級包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理級主要

17、是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)），作為DCS更高層次的應(yīng)用，目 前國內(nèi)紙行業(yè)應(yīng)用到這一層的系統(tǒng)較少。</p><p>　　1.2.2 DCS的特點</p><p>　　DCS是分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System)的簡稱，國內(nèi)一般習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機(Computer)、通

18、訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。DCS具有以下特點：</p><p>　　(1)高可靠性 由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯設(shè)計，因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和

19、軟件的專用計算機，從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。</p><p>　　(2)開放性 DCS采用開放式、標準化、模塊化和系列化設(shè)計，系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。</p><p>　　(3)靈活性 通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對象進行軟硬件組態(tài)，即

20、確定測量與控制信號及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報警畫面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。</p><p>　　(4)易于維護 功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當某一局部或某個計算機出現(xiàn)故障時，可以在不影響整個系統(tǒng)運行的情況下在線更換，迅速排除故障。</p><p>　　(5)協(xié)調(diào)性 各工作站之間通過通信

21、網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)信息共享，協(xié)調(diào)工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。</p><p>　　(6)控制功能齊全 控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測控制等先進控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。 DCS的構(gòu)成方式十分靈活，可由專用的管理計算機站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成，也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計算機和可編程

22、控制器構(gòu)成。 處于底層的過程控制級一般由分散的現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級計算機。生產(chǎn)監(jiān)控級對來自過程控制級的數(shù)據(jù)進行集中操作管理。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，DCS可以按照需要與更高性能的計算機設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接來實現(xiàn)更高級的集中管理功能，如計劃調(diào)度、倉儲管理、能源管理等</p><p>　　1.2.3 DCS和其他系統(tǒng)的比較</p><p>

23、;　　單片機的發(fā)展歷史雖不長，但它憑著體積小，成本低，功能強大和可靠性高等特點，已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。單片機已經(jīng)由開始的4位機發(fā)展到32位機，其性能進一步得到改善[5]。基于單片機的溫度控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，工作精度高。但相對其他溫度系統(tǒng)而言，單片機響應(yīng)速度慢、中斷源少，不利于在復(fù)雜的，高要求的系統(tǒng)中使用。 PLC是一種數(shù)字控制專用電子計算機，它使用了可編程序存儲器儲存指令，執(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數(shù)與演算等功能，并

24、通過模擬和數(shù)字輸入、輸出等組件，控制各種機械或工作程序。PLC可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單，易于被工程人員掌握和使用，目前在工業(yè)領(lǐng)域上被廣泛應(yīng)用[6]。相對于 IPC，DCS，F(xiàn)SC等系統(tǒng)而言，PLC是具有成本上的優(yōu)勢。因此，PLC占領(lǐng)著很大的市場份額，其前景也很有前途。 </p><p>　　工控機（IPC）即工業(yè)用個人計算機。IPC的性能可靠、軟件豐富、價格低廉，應(yīng)用日趨廣泛。它能夠適應(yīng)多種工業(yè)惡劣環(huán)境，

25、抗振動、抗高溫、防灰塵，防電磁輻射。過去工業(yè)鍋爐大多用人工結(jié)合常規(guī)儀表監(jiān)控，一般較難達到滿意的結(jié)果，原因是工業(yè)鍋爐的燃燒系統(tǒng)是一個多變量輸入的復(fù)雜系統(tǒng)。影響燃燒的因素十分復(fù)雜，較正確的數(shù)學(xué)模型不易建立，以經(jīng)典的PID為基礎(chǔ)的常規(guī)儀表控制，已很難達到最佳狀態(tài)。而計算機提供了諸如數(shù)字濾波，積分分離PID，選擇性PID。參數(shù)自整定等各種靈活算法，以及“模糊判斷”功能，是常規(guī)儀表和人力難以實現(xiàn)或無法實現(xiàn)的[7]。在工業(yè)鍋爐溫度檢測控制系統(tǒng)中采用

26、控機工可大大改善了對鍋爐的監(jiān)控品質(zhì)，提高了平均熱效率[7]。但如果單獨采用工控機作為控制系統(tǒng)，又有易干擾和可靠性差的缺點。 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）綜合了數(shù)字通信技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能儀表等多種技術(shù)手段的系統(tǒng)。其優(yōu)勢在于網(wǎng)絡(luò)化、分散化控制。基于總線控制系統(tǒng)（FCS）的溫度控制系統(tǒng)具有高精度，高智能，便于管理等特點，F(xiàn)CS系統(tǒng)由于信息處理現(xiàn)場化，能直接執(zhí)行傳感、控制、報警和計算功能。而且它可以對現(xiàn)場裝置

27、(含</p><p>　　集散型溫度控制系統(tǒng)（DCS）是一種功能上分散，管理上集中上集中的新型控制系統(tǒng)。與常規(guī)儀表相比具有豐富的監(jiān)控、協(xié)調(diào)管理功能等特點。DCS的關(guān)鍵是通信。也可以說數(shù)據(jù)公路是分散控制系統(tǒng)DCS的脊柱。由于它的任務(wù)是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網(wǎng)絡(luò)，因此，數(shù)據(jù)公路自身的設(shè)計就決定了總體的靈活性和安全性?；綝CS的溫度控制系統(tǒng)提供了生產(chǎn)的自動化水平和管理水平，能減少操作人員的勞動強度，有助于提高系統(tǒng)

28、的效率[8]。但DCS在設(shè)備配置上要求網(wǎng)絡(luò)、控制器、電源甚至模件等都為冗余結(jié)構(gòu)，支持無擾切換和帶電插拔，由于設(shè)計上的高要求，導(dǎo)致DCS成本太高。</p><p>　　1.2.4 JX-300 DCS系統(tǒng)介紹</p><p>　　JX-300XP系統(tǒng)由工程師站、操作員站、控制站、過程控制網(wǎng)絡(luò)等組成。</p><p>　　1.工程師站是為專業(yè)工程技術(shù)人員設(shè)計的，內(nèi)裝有

29、相應(yīng)的組態(tài)平臺和系統(tǒng)維護工具。</p><p>　　2.操作員站是由工業(yè)PC機、顯示器（CRT或LCD）、鍵盤、鼠標、打印機等組成，是操作人員完成過程監(jiān)控管理任務(wù)的環(huán)境。</p><p>　　3.控制站是系統(tǒng)中的I/O處理單元，完成整個工業(yè)過程的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集及控制。</p><p>　　4.過程控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)工程師站、操作員站、控制站的連接，完成信息、控制命令等傳輸，

30、雙重化冗余設(shè)計，使得信息傳輸安全、高速。</p><p>　　1.2.5 DCS控制系統(tǒng)的硬件配置</p><p>　　JX-300XP系統(tǒng)硬件由控制站、工程師站/操作員站、過程控制網(wǎng)絡(luò)三部分組成</p><p>　　控制站硬件：機柜、機籠、電源，控制站卡件，主控制卡，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡，各類I/O卡件,如下圖所示：</p><p><b&g

31、t;　　圖1.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)</b></p><p><b>　　圖1.2 硬件</b></p><p><b>　　圖1.3 硬件</b></p><p>　　1.2.6 主控制卡——主控卡XP243</p><p><b>　　1）概述</b></p&g

32、t;<p>　　主控卡XP243是JX-300XP系統(tǒng)的核心單元，協(xié)調(diào)控制站內(nèi)部所有的軟硬件關(guān)系和執(zhí)行各項控制任務(wù)。主要包括（I/O處理、控制運算、上下網(wǎng)絡(luò)通信控制等功能）</p><p><b>　　2）功能特點</b></p><p>　　XP243具備以下功能特點：</p><p>　　1、采用三個32位嵌入式微處理器協(xié)同處

33、理控制站的任務(wù)、功能強、速度快、單站容量大；</p><p>　　2、運算周期從50ms到5s可選，典型運算周期為100ms；</p><p>　　3、具有雙重冗余的10M以太網(wǎng)通信接口，和上位機通信；同時通過1M的SBUS總線管理I/O卡件</p><p>　　4、控制軟件和運算模塊采用模塊化設(shè)計，核心程序固化在FLASH存儲器中；</p><

34、p>　　5、具有雙重冗余的10M以太網(wǎng)通信接口，和上位機通信；同時通過1M的SBUS總線管理I/O卡件</p><p>　　6、運算周期從50ms到5s可選，典型運算周期為100ms；</p><p>　　7、靈活支持冗余（1：1熱備用）和不冗余的工作模式</p><p>　　8、128個控制回路（64的常規(guī)+64個自定義），采樣控制速率100ms_5s可選&

35、lt;/p><p>　　9、綜合診斷I/O卡件和I/O通道，具有靈活的報警處理和信號質(zhì)量功能</p><p>　　10、后背鋰電池，斷電情況下，保證卡件內(nèi)SRAM的數(shù)據(jù)最長3年不丟失</p><p><b>　　3）網(wǎng)絡(luò)安裝示意</b></p><p>　　圖1.4 網(wǎng)絡(luò)安裝示意圖</p><p>&

36、lt;b>　　4）結(jié)構(gòu)簡圖</b></p><p>　　XP243主控制卡由底板和背板組成。底板上裝有主處理器和SBUS通信處理器。面板結(jié)構(gòu)如下圖所示</p><p>　　圖1.5 XP243X主控制卡底板結(jié)構(gòu)</p><p>　　XP243背板上裝有SCnet通信處理器。其結(jié)構(gòu)如下圖所示</p><p>　　圖1.6 X

37、P243X背板結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　1.2.7 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡——XP233</p><p><b>　　1）概述</b></p><p>　　XP233是JX-300XP系統(tǒng)卡件機籠的核心單元，是控制卡聯(lián)接I/O卡件的中間環(huán)節(jié)，它一方面驅(qū)動SBUS總線，另一方面管理本機籠的I/O卡件。通過XP233。，一塊控制卡（XP243/XP24

38、3X）可擴展1到8個卡件機籠，即可擴展1到128塊不同功能的I/O卡件。下圖為SBUS的結(jié)構(gòu)圖。</p><p><b>　　2）主要功能</b></p><p>　　I/O機籠的核心單元，管理I/O卡件，驅(qū)動SBUS總線，連接主控卡和I/O卡件；冷端溫度采集（用于遠程溫度集中采集）；負責(zé)整個I/O單元的冷端溫度采集，冷端溫度測量元件采用專用的電流環(huán)回路溫度傳感器，可

39、以通過導(dǎo)線將冷端溫度測量元件延伸到任意位置處（如現(xiàn)場的中間端子柜），節(jié)約熱電偶補償導(dǎo)線。</p><p><b>　　3）結(jié)構(gòu)簡圖</b></p><p>　　XP233結(jié)構(gòu)如下圖所示</p><p><b>　　圖1.7 結(jié)構(gòu)簡圖</b></p><p>　　1.2.8 電流信號輸入卡——XP31

40、3</p><p><b>　　1）概述</b></p><p>　　電流信號輸入卡是一塊智能型的、帶有模擬量信號調(diào)理，組租隔離的六路信號采集卡，并可為六路變送器提供24V隔離電源?？商幚?—10mA和4—20mA電流信號。當卡件被拔出時，卡件余中控卡通信中斷，系統(tǒng)監(jiān)控軟件顯示此卡通信故障。XP313卡的每一路可分別接受II型活I(lǐng)II型標準電流信號，當需XP313卡向

41、變送器配電時可通過DC/DC對外提供6路+24V的隔離電源，每一路都可以通過選擇是否需要配電功能。</p><p><b>　　圖1.8 指示</b></p><p><b>　　2）與變送器的連接</b></p><p>　　對組組隔離卡件，同組內(nèi)建議信號模式一致（都對外配電、都對外不配電）</p><

42、;p>　　接負載后，卡件輸出電壓會下降。一般變送器工作電壓16—26VDC</p><p>　　卡件配電電壓為24V是指卡件不接負載的電壓 </p><p><b>　　3）接口特性</b></p><p>　　圖1.9 XP313接線原理示意圖</p><p>　　圖1.10 XP313結(jié)構(gòu)簡圖</p>

43、;<p><b>　　4）結(jié)構(gòu)簡圖</b></p><p>　　XP313卡件的外觀如下圖所示</p><p>　　圖1.11 XP322結(jié)構(gòu)簡圖</p><p>　　圖1.12 XP313冗余跳線</p><p>　　圖1.13 XP313配電跳線</p><p>　　圖1.14

44、 XP313端子接線</p><p>　　1.2.9 模擬量輸出卡——XP322</p><p><b>　　1）概述</b></p><p>　　XP322卡為4路點點隔離型電流（Ⅱ型Ⅲ型）信號輸出卡。通過跳線設(shè)置，可改變卡件的負載驅(qū)動能力。作為CPU的高精度智能型卡件，XP322具有自檢和實時檢測輸出狀況功能，它允許主控制卡監(jiān)控正常的輸出電

45、流。XP322可單卡工作，也可冗余配置。</p><p><b>　　2）輸出信號特點</b></p><p>　　正輸出：4—20mA，10%開度，5.6mA</p><p>　　反輸出：20—4mA，10%開度，18.4mA</p><p>　　圖1.15 輸出圖示</p><p><b

46、>　　3）接口特性</b></p><p>　　XP322的接口特性如圖2-13所示</p><p>　　圖1.16 XP322接口電路示意圖</p><p><b>　　4）結(jié)構(gòu)簡圖</b></p><p>　　XP322卡件的外觀如下圖2-14所示</p><p>　　圖1

47、.17 XP322結(jié)構(gòu)簡圖</p><p><b>　　1.3 控制站硬件</b></p><p>　　控制站是系統(tǒng)中的 I/O信號處理單元，完成整個生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控功能。 </p><p>　　控制站主要由機柜、機籠、供電單元和各類卡件（包括主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和各種信號輸入/輸出卡）組成，其核心是主控制卡。主控制卡通常插在過程控制站最上

48、部的機籠內(nèi)，通過系統(tǒng)內(nèi)高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)——SBUS 擴充各種功能，實現(xiàn)現(xiàn)場信號的輸入輸出處理，同時完成過程控制中的數(shù)據(jù)采集、回路控制、順序控制、以及包括優(yōu)化控制等各種控制算法。控制站機柜的外形如圖 2-15所示</p><p>　　圖1.18 控制站機柜結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　控制站硬件的部件號和對應(yīng)的名稱如下表所列。</p><p>　　型號 部件名

49、稱 型號 部件名稱</p><p>　　SP202 機柜（800W*600D*2100H） SP209 小機柜（650W*600D*1200H） </p><p>　　SP211 一體化機籠（含母板端子） XP243 主控制卡 </p><p>　　XP233 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡 SP244

50、 RS-232/RS-485通信接口卡 </p><p>　　SP221 電源指示卡 SP251 電源箱機籠 </p><p>　　SP251-1 電源（5V，24V），110W SP251-2 電源（24V）單體，110W </p><p>　　SP291 SBUS總線擴展電纜（米） </p><

51、p><b>　　1.4 通信網(wǎng)絡(luò)</b></p><p>　　JX-300XP系統(tǒng)采用了成熟的計算機網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，構(gòu)成高速的冗余數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)過程控制實時數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)的及時傳送。</p><p>　　JX-300XP控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)分三層，如圖 2-17所示： </p><p>　　第一層網(wǎng)絡(luò)是信息管理網(wǎng)（用戶可選）； <

52、/p><p>　　第二層網(wǎng)絡(luò)是過程信息網(wǎng)；</p><p>　　第三層網(wǎng)絡(luò)是過程控制網(wǎng)，稱為 SCnet Ⅱ；</p><p>　　第四層網(wǎng)絡(luò)是控制站內(nèi)部 I/O 控制總線，稱為 SBUS。</p><p>　　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：</p><p>　　圖1.19 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖</p><p&

53、gt;　　第2章 結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p><p><b>　　2.1 總述</b></p><p>　　JX—300的基本組成包括工程師站（ES）、操作站（OS）、控制站（CS）和通訊網(wǎng)絡(luò)SCnetII.通過在JX—300X的通訊網(wǎng)絡(luò)上掛接總線變換單元（BCU）可實現(xiàn)與JX_100、JX_200、JX300系統(tǒng)的互聯(lián)；在通訊網(wǎng)絡(luò)上掛接通訊單元（CIU）可實現(xiàn)JX—

54、300X與PLC等數(shù)字設(shè)備的連接；通過多功能計算機站（MFS）和相應(yīng)的應(yīng)用軟件Advantrol_PIMS可實現(xiàn)與企業(yè)管理計算機網(wǎng)的信息交換，實現(xiàn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的實時數(shù)據(jù)采集、實時流量查看、實時趨勢瀏覽、報警記錄和查看、開關(guān)量變位紀律與查看、報表數(shù)據(jù)存貯、歷史趨勢存貯與查看、生產(chǎn)過程報表生成與輸出等功能，從而實現(xiàn)整個企業(yè)生產(chǎn)過程的管理、控制全集成綜合自動化</p><p>　　2.2 系統(tǒng)的主要特點</p&

55、gt;<p>　　JX—300覆蓋了大型集散型控制系統(tǒng)的安全性、冗余功能、網(wǎng)絡(luò)擴展功能、集成的用戶界面及信息存取功能，除了具有模擬量信號輸入輸出、數(shù)字量信號輸入輸出、回路控制等常規(guī)DCS的功能，還具有高速數(shù)字量處理、高速順序事件記錄、可編程邏輯控制等特殊功能；它不僅提供功能模塊圖、梯形圖等直觀的圖形組態(tài)工具，還提供開發(fā)復(fù)雜高級控制算法（如模糊控制）的類C語言編程環(huán)境SCX。系統(tǒng)規(guī)模變化靈活，可以實現(xiàn)從一個單元的過程控制，到

56、全廠范圍的自動化集成。</p><p>　　2.3簡單、易用的組態(tài)手段和工具</p><p>　　JX—300的組態(tài)工作是通過組態(tài)軟件SCKey來完成的。該軟件用戶界面友好、功能強大、操作方便，充分支持各種控制方案，SCKey組態(tài)軟件是基于中文WINDOWS2000操作系統(tǒng)開發(fā)的，全面支持系統(tǒng)各種控制方案的組態(tài)。</p><p>　　軟件體系運用了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計

57、(OOP)技術(shù)和對象鏈接與嵌入技術(shù)，可以幫助工程師們系統(tǒng)有序地完成信號類型、控制方案、操作手段等的設(shè)置。同時系統(tǒng)好增加和擴充了上位機的使用和管理軟件Advantrol_PIMS,開發(fā)了SCX控制語言，完善了諸如流程圖設(shè)計操作、實時數(shù)據(jù)庫開發(fā)接口、報表、打印管理等附屬軟件。</p><p>　　軟件支持的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下所示：</p><p>　　圖2.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲圖</p>&

58、lt;p><b>　　2.4 系統(tǒng)組態(tài)</b></p><p>　　系統(tǒng)組態(tài)是指對集散控制系統(tǒng)（DCS）的軟、硬件構(gòu)成進行配置。</p><p>　　I/O組點步驟如下所示：</p><p>　　圖2.2 I/0點設(shè)置</p><p>　　圖2.3 I/O卡件設(shè)置</p><p>　　圖

59、2.4 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡設(shè)置</p><p>　　圖2.5 操作站設(shè)置</p><p>　　圖2.6 常規(guī)回路設(shè)置</p><p>　　工具欄：將常用的菜單命令和功能圖形化為工具圖標集中為工具欄。工具欄圖標基本上包括了組態(tài)的大部分操作，結(jié)合菜單和右鍵使用，將給用戶帶來很大的方便。</p><p>　　狀態(tài)欄：顯示當前的操作信息。當鼠標光標置于界面

60、中任意處時，狀態(tài)欄將提示系統(tǒng)處于何種操作狀態(tài)。</p><p>　　組態(tài)樹窗口：顯示了當前組態(tài)的控制站、操作站、和操作小組的總體情況。</p><p>　　節(jié)點信息區(qū)：詳細顯示了某個節(jié)點（包括左邊組態(tài)樹中任意一個項目）具體信息。單擊任意一個節(jié)點名稱，可以在此看到與其相關(guān)的詳細信息。</p><p>　　編譯信息區(qū)：顯示了組態(tài)編譯的詳細信息，當錯誤發(fā)生時方便用戶修改。

61、</p><p>　　2.4.1 組態(tài)基本操作</p><p>　　組態(tài)以分層展開的形式，直觀地展示了組態(tài)信息的樹型結(jié)構(gòu)。用戶從中可清晰地看到從控制站直至信號點的各層硬件結(jié)構(gòu)及其相互關(guān)系，也可以看到操作站上各種操作畫面的組織方式。</p><p>　　選擇組態(tài)上某一節(jié)點后按回車，如果此節(jié)點下還有子節(jié)點，則會將節(jié)點展開；再次按回車則會將已經(jīng)展開的節(jié)點重新收回。以上操

62、作等同于點擊節(jié)點前的“”、“”，進行組態(tài)樹層層展開和收回操作。</p><p>　　無論是系統(tǒng)單元、I/O卡件還是控制方案，或是某頁操作界面，只要展開組態(tài)樹，在其中找到相應(yīng)節(jié)點標題，用鼠標雙擊，就能直接進入該單元的組態(tài)窗口，使組態(tài)操作更加快捷準確。</p><p>　　若想查看某組態(tài)單元內(nèi)容，而不做任何修改時，只要對組態(tài)樹層層展開，找到要查看單元節(jié)點，用鼠標單擊，相關(guān)內(nèi)容將在右邊的節(jié)點信息

63、顯示區(qū)詳細列出。</p><p>　　選中一節(jié)點后，點擊小鍵盤中的‘+’鍵，如果次節(jié)點下還有子節(jié)點，可將此節(jié)點展開。此操作等同于點擊節(jié)點前的“”操作。</p><p>　　選中一已被展開的節(jié)點，點擊小鍵盤中的‘-’鍵，可將已展開的節(jié)點收回。此操作等同于點擊接點前的“”操作。</p><p>　　選中一節(jié)點，點擊小鍵盤中的‘*’鍵，如果此節(jié)點下還有子節(jié)點，可將此節(jié)點層

64、層展開直到不可再擴展。用‘*’鍵與用‘+’鍵的區(qū)別在于：前者將選中節(jié)點擴展到無法擴展為止，后者只往下擴展一層。</p><p>　　選中一已被展開的節(jié)點，點擊小鍵盤中的‘/’鍵，可將已展開的節(jié)點層層收回。用“/”后，再點擊展開時，只將選中節(jié)點往下展開一層。</p><p>　　選中一節(jié)點，點擊鍵盤中的‘Delete’鍵，將把這一卡件及掛接在此卡件上的所有信息全部刪除。</p>

65、<p>　　2.4.2 命令菜單</p><p>　　菜單欄列出了組態(tài)的主菜單，包括文件、編輯、總體信息、控制站、操作站、查看、位號和幫助八項。單擊某一項將自動打開其下拉式菜單。菜單項旁邊所帶的字母，表示同時按下鍵盤中的Alt和該字母鍵也可打開該菜單項，如：欲打開查看菜單項，只要同時按下Alt和V字母鍵即可。若要關(guān)閉某個菜單，只要單擊菜單外任意處或按鍵盤中的Esc鍵即可。</p>&l

66、t;p>　　若要打開某菜單項下拉菜單中的命令，分兩種情況：（1）若已打開此下拉菜單，則單擊該命令或在鍵盤中按其后綴字母（在英文輸入狀態(tài)下）即可；（2）若在該命令及其字母后附有快捷鍵設(shè)置，也可直接在鍵盤中使用快捷鍵引用該命令。</p><p>　　下拉式菜單中的一些命令帶省略號“…”，表示在執(zhí)行該命令時組態(tài)界面內(nèi)將彈出對話框。</p><p>　　2.4.3 實時監(jiān)控</p>

67、;<p>　　實時監(jiān)控軟件（AdvanTrol）是 AdvanTrol-Pro 軟件包的重要組成部分，是基于 Windows 中文版開發(fā)的控制系統(tǒng)的上位機監(jiān)控軟件，用戶界面友好。其基本功能為：數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理。它可以從控制系統(tǒng)或其他智能設(shè)備采集數(shù)據(jù)以及管理數(shù)據(jù)，進行過程監(jiān)視（圖形顯示）、控制、報警、報表、數(shù)據(jù)存檔等等。</p><p>　　下拉式菜單中的一些命令帶省略號“…”，表示在執(zhí)行該命令時組

68、態(tài)界面內(nèi)將彈出對話框。</p><p>　　2.4.4 流程圖制作</p><p>　　流程圖畫面是工藝過程在實時監(jiān)控畫面上的仿真，是主要監(jiān)控畫面之一，由用戶在組態(tài)軟件中產(chǎn)生。在工具欄中點擊圖標將在實時監(jiān)控畫面中顯示流程圖畫面。流程圖畫面根據(jù)組態(tài)信息和工藝運行情況，在實時監(jiān)控過程中動態(tài)更新各個動態(tài)對象（如數(shù)據(jù)點、圖形、趨勢圖等），因此，大部分的過程監(jiān)視和控制操作都可以在流程圖畫面上完成。流

69、程圖畫面如下圖所示：</p><p><b>　　圖2.7 流程圖</b></p><p>　　下拉式菜單中的一些命令帶省略號“…”，表示在執(zhí)行該命令時組態(tài)界面內(nèi)將彈出對話框。</p><p>　　第3章 液位的PID調(diào)節(jié)</p><p>　　系統(tǒng)組態(tài),系統(tǒng)按設(shè)計要求進行組態(tài)（其中包括，I/O位號、scx語言、流程圖

70、、記錄表等），組態(tài)完成后進行編譯，編譯正確后將組態(tài)下載到上位機，然后進行PID調(diào)節(jié)。</p><p>　　進入單回路控制模式設(shè)定給定值SV=13，然后設(shè)置PID參數(shù)，當P=60，I=0.2，D=0時，曲線圖如下所示：</p><p>　　圖3.1 不穩(wěn)定時的曲線控制圖</p><p>　　圖3.2 快趨于穩(wěn)定的曲線圖</p><p>　　圖3

71、.3 穩(wěn)定后的曲線圖</p><p><b>　　圖3.4 故障診斷</b></p><p><b>　　第4章 結(jié)論</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計終于快要結(jié)束了，這次設(shè)計成功利用了JX-300XP建立了一個人機監(jiān)控的液位控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用PID控制，得到了一個控制精度高、穩(wěn)定可靠的液位控制系統(tǒng)。</p&g

72、t;<p>　　剛開始拿到這個題目，有種無法下手的感覺。實在沒有辦法，只有先在實驗室中操作了，通過向同學(xué)了解，還有上網(wǎng)查資料，通過一些書籍，慢慢的了解了一些方向，于是開始慢慢的做了起來。經(jīng)過不斷努力，雖然在操作的過程中遇到了一些困難，但通過老師同學(xué)的幫助，終于成功完成了。在這個過程中感覺到收獲很多。</p><p>　　在這次設(shè)計過程中，通過不斷的實驗 加深了對課本原有知識的理解，在更深的掌握了理論

73、知識以后，通過看書和上網(wǎng)查資料使我學(xué)到了很多，了解了很多控制領(lǐng)域的最新成果，這些都為我將來的工作積累了寶貴的經(jīng)驗。</p><p>　　這次設(shè)計提高了我的基礎(chǔ)實踐，為我找工作前的準備打了一些基礎(chǔ)。同時使我明白了理論與基礎(chǔ)之間結(jié)合的重要性。在未來，我還需要不斷的強化學(xué)習(xí)，努力提升自己，使自己更適合自己的工作。</p><p>　　參 考 文 獻</p><p>

74、　　[1] 中控科技集團．DCS應(yīng)用技術(shù)組態(tài)技術(shù)應(yīng)用．2006年</p><p>　　[2] 中控科技集團．DCS應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)硬件．2006年</p><p>　　[3] 浙江機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系．工業(yè)網(wǎng)絡(luò)（DCS、FCS）實驗指導(dǎo)書．2008-8</p><p>　　[4] 陶永華. 模糊PID控制. 工業(yè)儀表與自動化裝置[M]. 1998（1）</p

75、><p>　　[5] 王常力，羅安.分布式控制系統(tǒng)（DCS）設(shè)計與應(yīng)用實例.北京：電子工業(yè)出版社2004.8</p><p>　　[6] 厲玉鳴,潘立登等.化工儀表及自動化[M].出版時間:1998-10</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　時間過的好快，不知不覺三年就已經(jīng)過去了，這篇論文是

76、在學(xué)校的最后一個任務(wù)，很戀戀不舍。</p><p>　　首先衷心的感謝的是我的指導(dǎo)老師***老師！感謝他在三年來一直默默陪伴著我們，尤其是他的課，不時的充滿了風(fēng)趣色彩，使我們很輕松的接受課本上的只是，而這些，正是我們以后賺錢的資本。在這里，由衷的感謝**老師。</p><p>　　然后感謝在大學(xué)三年中所有教導(dǎo)過我們的老師，正因為他們，我們才有了現(xiàn)在的成績。感謝他們默默的付出與指導(dǎo)。<